Transcript Bez nadpisu - Technická fakulta - Česká zemědělská univerzita v

Analýza příčin, druhů a
důsledků poruch a
poruchových stavů
FMEA/FMECA
prof. Ing. Václav Legát, DrSc.
Česká zemědělská univerzita v Praze
Technická fakulta
Katedra jakosti a spolehlivosti strojů
[email protected]
1
• FMEA (Failure/Fault Modes and Effect
Analysis) - Analýza druhů poruch a
jejich důsledků nazývaná též Analýza
možností vzniku vad a jejich následků,
• FMECA (Failure/Fault Modes, Effects and
Criticality Analysis) - Analýza druhů,
důsledků a kritičnosti poruch. Pro
potřeby managementu údržby je
důležitější metoda FMECA, avšak v praxi
se často označuje nesprávně FMEA.
2
Poznámky:
1.Metoda byla vyvinuta v 60. letech v USA
v NASA pro projekt Apollo. Po jejím
zavedení v kosmonautice a brzy na to v
letectví a jaderné energetice nalezla
brzy uplatnění v automobilovém
průmyslu, což vedlo k jejímu
celosvětovému rozšíření.
2. Podle okolností analyzovaného
objektu/systému se významově
přibližně rovnocenné k termínu
„porucha“ používají termíny
„poruchový stav“, „vada“, „defekt“,
„chyba“ apod.
3
Metoda FMEA/FMECA
 Systémový přístup k prevenci poruch
 Využívá a podporuje týmovou práci
 Vytváří velice důležitou databázi o
poruchovosti stroje a zařízení
 Poskytuje informace o příčinách poruch
 Poskytuje informace o zjistitelnosti poruch
4
 Poskytuje informace o důsledcích poruch
 Poskytuje podklady pro optimalizaci
preventivní údržby
 Dává doporučení ke zlepšení konstrukce
stroje (bezporuchovosti a udržovatelnosti)
 Podporuje účelné využití zdrojů
 Zlepšuje image a konkurenceschopnost
organizace
5
4.1 Postup provádění analýzy
Analýza FMEA nebo FMECA se obecně
provádí v následujících krocích:
•
•
•
•
zjistí se, jak má součást systému
vykonávat svou funkci;
zjistí se potenciální druhy, důsledky
a příčiny poruch;
zjistí se riziko příslušející jednotlivým
druhům poruch a jejich důsledkům;
stanoví se doporučená opatření k
odstranění nebo snížení rizika a
provedou se.
6
Čerpadlo
dodává
1000 l/min
Y
X
Rezerva na zhoršování
technického stavu
čerpadla
200 l/min
Požadovaná funkce systému
Čerpat z nádrže X do nádrže Y ne méně než 800 l/min
Požadovaný
odtok z nádrže
800 l/min
7
Systém vodního chlazení
Funkce:
Porucha funkce:
Mód (způsob, druh)
poruchy
Čerpat z
nádrže X do
nádrže Y ne
méně než 800
l/min
A. Neschopnost dopravit
jakékoliv množství vody
a) zadřené ložisko
b) uvolněné oběžné kolo
čerpadla
c) oběžné kolo zaneseno
cizími objekty
d) spojka motoru a čerpadla
přerušena v důsledku únavy
e) spálený motor
f) vstupní ventil zanesen
nečistotami apod.
B. Dopravuje méně než
800 l/min.
a) opotřebené oběhové kolo
čerpadla
b) částečně zablokována
sací větev apod.
8
9
Příklad datového listu k funkci
(Moubray)
Systém: plynová turbina
Subsystém: výfuk
1. Odvádět spaliny 10 m nad střechu turbinové
haly
2. Snižovat hlučnost podle požadavku ISO na
stupeň 30 ve vzdálenosti 150 m
3. Povrchová teplota výfuku v hale nepřekročí 60o
C
4. Přenášet varovný signál jestliže teplota plynů
dosáhne 475o C a signál pro automatické
odstavení při překročení 500o C ve vzdálenosti 4
m od turbiny
5. Umožnit dilataci dílů výfuku s ohledem na
10
změny teploty
Systém: Turbina
Subsystém: výfuk
Funkce:
Porucha funkce:
1. Odvádět spaliny 10 m nad střechu
turbinové haly
A. Nezpůsobilost odvádět jakékoliv plyny
B. Tok plynů je omezen
C. Netěsnost
D. Porucha vedení plynu 10 m nad
střechu
2. Snižovat hlučnost podle požadavku ISO A. Hluk přesahuje požadavek ISO
na stupeň 30 ve vzdálenosti 150 m
3. Povrchová teplota výfuku v hale
nepřekročí 60o C
A. Teplota povrchu výfuku překročila 60o C
4. Přenášet varovný signál jestliže teplota A. Nezpůsobilost vyslat varovný signál, že
teplota výfukových plynů překročila 475o C
plynů dosáhne 475o C a signál pro
automatické odstavení při překročení 500o
C ve vzdálenosti 4 m od turbiny
5. Umožnit dilataci dílů výfuku s ohledem
na změny teploty
A. Není umožněn volný pohyb dilatačních
dílů
11
Princip aplikace obou metod vychází
tedy ze zkoumání, které lze stručně
formulovat:
“Co se stane,
když skutečně vznikne potenciálně
možná porucha (vada) a vznikne
následný poruchový stav,
jakých důsledků je nutné se obávat,
jak je vznik poruchy (vady)
pravděpodobný
a jak to lze předvídat a zabránit tomu?”
12
Jednotlivé dílčí výsledky aplikace
metody tedy jsou:
a) identifikace všech možných druhů poruchových
stavů (poruch, vad, chyb),
b) ohodnocení jejich závažnosti z hlediska jejich
následků,
c) zkoumání jejich příčin,
d) zkoumání možných nápravných opatření k
odstranění (nebo alespoň potlačení) stanovené
množiny identifikovaných nejzávažnějších
poruchových stavů,
e) návrh a způsob provedení nápravných opatření
včetně stanovení odpovědností a termínů jejich
provedení,
f) ohodnocení zlepšeného stavu po provedení
13
nápravných opatření.
Při aplikaci metody se používá
induktivní postup "zdola nahoru":
• analýza začíná na "nejnižší" úrovni, u
každého identifikovaného potenciálně
možného poruchového stavu se zkoumá a
usuzuje, jaké může mít důsledky na
vlastnosti na nejblíže vyšší úrovni systému,
• výsledný důsledek se stane druhem
poruchového stavu na následující vyšší
úrovni systému,
• postupným opakováním tohoto postupu až
k nejvyšší úrovni se zjišťují a hodnotí všechny
jednotlivé potenciálně možné poruchové
stavy konstrukce či procesu výrobku jako
celku.
14
Metoda má zhruba čtyři základní
způsoby užití:
• FMEA konstrukční (v období vznikajícího návrhu,
konstrukce, projektu slouží k identifikaci a analýze všech
potenciálně možných poruchových stavů)
• FMEA procesní (výrobní) (slouží k identifikaci a
analýze všech jeho potenciálně možných poruchových
stavů během výrobního procesu)
• FMEA systémová (výrobková) (zkoumáním
konstrukce a výrobního procesu výrobku nebo systému
jako celku vede ke snížení neshod a poruch)
• FMEA vyskytujících se poruch a poruchových
stavů (slouží ke snížení poruchovosti výrobních
zařízení v provozu)
15
Záhlaví tabulky FMEA s identifikačními údaji
1.
Identifikace
analyzovaného dílu (místa,
funkce, znaku atp.), jeho
možných vad, jejich
následků a příčin (včetně
zaznamenání plánovaných
kontrolních opatření)
2.
Ohodnocení
současného stavu
mírou rizika/priority,
návrh nápravných
opatření a stanovení
odpovědností
3. Provedená
nápravná opatření
a ohodnocení
zlepšeného stavu
mírou rizika/priority
Obr. 2.20 - Typická struktura části tabulek FMEA
pro aplikaci metody
16
Vlastní provádění metody
zahrnuje tyto skupiny činností:
1. Identifikují se jakékoliv myslitelné,
potenciálně možné poruchy (často
označované též vady, defekty, chyby apod.)
a analyzují se jejich možné projevy,
důsledky a příčiny.
2. Hodnotí se současný (stávající) stav návrhu,
tj. jednotlivé identifikované možné poruchy
se kvantifikují pomocí míry
rizika/priority/kritičnosti MR/P:
MR/P = Výsk x Význ x Odhal,
17
3. Provede se setřídění všech identifikovaných možných
poruch (vad) podle velikosti míry rizika/priority (MR/P) a
•
navrhnou se opatření k nápravě (změna či úprava
konstrukčního řešení, návrhu výrobního postupu, změna
programu preventivní údržby apod.) pro poruchy (vady)
se stanovenými nejvyššími hodnotami MR/P včetně
stanovení odpovědností a termínů.
•
Kritérium pro rozhodnutí, pro které identifikované
možné poruchy (vady) v závislosti na velikosti MR/P je
nutno navrhnout a provést nápravná opatření, se volí
podle konkrétních podmínek.
4. Po realizaci nápravných opatření se provede opakovaně
analýza podle 2. bodu postupu s novým hodnocením
zlepšeného stavu pomocí míry rizika/priority MR/P.
Poznámka: V oblasti managementu údržby je
FMEA/FMECA uplatňována především k analýze
skutečně vznikajících poruch a poruchových stavů.
18
Klasifikace modu poruch
• Druhy (způsob) poruch
• Příčiny poruch
• Důsledky (následky) poruch
19
Příklad možných způsobů (druhů,
projevů) poruch:
1. Opotřebení (adhezivní, abrazivní, erozivní,
úvavové, vibrační, kavitační)
2. Porucha celistvosti (lom)
3. Deformace
4. Otlačení
5. Koroze
6. Mechanické zaseknutí
7. Vibrace
8. Uvolnění
20
9. Nezůstává v nastavené pozici
10. Neotevírá
11. Nezavírá
12. Porucha v pozici „otevřeno“
13. Porucha v pozici „zavřeno“
14. Vnitřní netěsnost
15. Vnější netěsnost
16. Je mimo toleranci (nad)
17. Je mimo toleranci (pod)
18. Omylem vyvolaná činnost
21
19. Přerušovaná činnost
20. Nesprávná činnost
21. Chybná indikace
22. Omezený proud (průtok)
23. Chybné uvedení do provozu
24. Nezastavuje
25. Nanabíhá
26. Nespíná
27. Předčasná činnost
28. Zpožděná činnost
22
29. Chybný vstup (zvýšený)
30. Chybný vstup (snížený)
31. Chybný výstup (zvýšený)
32. Chybný výstup (snížený)
33. Ztráta vstupu
34. Ztráta výstupu
35. Zkrat (elektrický)
36. Přerušení (elektrické)
37. Svod (elektrický)
38. Jiné
23
Možné příčiny poruch:
1. Opotřebení (adhezivní, abrazivní, erozivní,
úvavové, vibrační, kavitační)
2. Deformace
3. Otlačení
4. Koroze
5. Nevhodné konstrukční řešení
6. Špatná specifikace materiálu
7. Nesprávná tloušťka materiálu
8. Nesprávná tolerance
24
9. Nevyváženost
10. Nevhodné těsnění
11. Nedostatečná ochrana proti vlivu prostředí
12. Špatná izolace
13. Nevhodné mazivo
14. Ucpané potrubí
15. Přetížení
16. Vniknutí cizího předmětu
17. Chyba obsluhy
18. Špatná preventivní údržba
25
Možné důsledky poruch:
1. Ztráta funkce
2. Zhoršení ekonomiky provozu
3. Bezpečnost - ohrožení zdraví a
života
4. Poškození životního prostředí
5. Omezená funkce
6. Provozní ztráty
7. Špatný vzhled
8. Hlučnost
9. Nepravidelný chod
10. Zhoršené ovládání
26
Hodnocení pravděpodobnosti
výskytu poruchy:
Kvalitativní
posouzení výskytu
poruch
Velmi vysoká:
porucha je téměř
nevyhnutelná
Vysoká: opakované
poruchy
Střední: občasné
poruchy
Nízká: relativně málo
poruch
Vzdálená: porucha je
téměř
nepravděpodobná
Pravděpodobnost Bodové
poruchy
hodnocení
 0,500
10
0,333
9
0,125
8
0,050
7
0,012
6
0,002
5
0,0005
4
0,00006
3
0,000006
2
 0,0000006
1
27
Hodnocení odhalitelnosti výskytu a následku poruchy:
Odhalitelnost
Kvalitativní posouzení odhalitelnosti
příčiny nebo poruchy
Bodové
hodnocení
odhalitelnosti
Absolutně
nemožná
Posuzování neodhalí možnou příčinu ani
poruchu
10
Velmi
vzdálená
Velmi vzdálená možnost, že posuzování
odhalí možnou příčinu nebo poruchu
9
Vzdálená
Vzdálená možnost, že posuzování odhalí
možnou příčinu nebo poruchu
8
Velmi malá
Velmi malá možnost, že posuzování odhalí
příčinu nebo poruchu
7
Malá
Malá možnost, že posuzování odhalí příčinu
nebo poruchu
6
Průměrná
Průměrná možnost, že posuzování odhalí
příčinu nebo poruchu
5
Mírně
Mírně nadprůměrná možnost, že posuzování
nadprůměrná odhalí příčinu nebo poruchu
Vysoká
Vysoká možnost, že posuzování odhalí
příčinu nebo poruchu
Velmi vysoká Velmi vysoká možnost, že posuzování odhalí
příčinu nebo poruchu
Téměř jistá
Posuzování téměř jistě odhalí možnou
4
3
2
1
28
Hodnocení významu a následku poruchy:
Následek
poruchy
Význam poruchy
Bodové
hodnocení
Nebezpečný Porucha bez výstrahy ovlivňuje bezpečnost nebo
– bez
dodržování zákonných požadavků
výstrahy
10
Nebezpečný Porucha ovlivňuje bezpečnost nebo dodržování zákonných
–s
požadavků s výstrahou
výstrahou
9
Velmi vážný
Úplná ztráta schopnosti plnit požadovanou funkci, způsobí
závažné poškození s velkými ekonomickými dopady, ale
neovlivní bezpečnost
8
Vážný
Částečná ztráta schopnosti plnit požadovanou funkci snížená výkonnost a zhoršená ekonomika provozu
7
Střední
Úplná ztráta schopnosti plnit požadovanou funkci
zajišťující pohodlí, porucha obtěžuje při manipulaci
6
Nízký
Částečná ztráta schopnosti plnit požadovanou funkci
zajišťující pohodlí uživatele
5
Velmi nízký
Ztráta schopnosti plnit požadovanou funkci způsobující
pouze lehké potíže uživatele
4
Malý
Ztráta schopnosti plnit estetickou funkci, kterou
zaznamená průměrný uživatel
3
Velmi malý
Ztráta schopnosti plnit estetickou funkci, kterou
zaznamená pouze náročný uživatel
2
Žádný následek
1
Žádný
29
Komplexnější stanovení následku
poruchy
• Kombinuje se ekonomický a bezpečnostní dopad
poruchy
• Počítají se náklady na nepohotovost, udržovatelnost
(opravu), nekvalitu a energetické ztráty
• Přiřadí se úrovně kritičnosti (0 až 3 pro nepohotovost
a udržovatelnost a 0 až 2 pro nekvalitu a energetické
ztráty a udělá se jejich součet)
• Posoudí se dopady poruchy na bezpečnost (A, B, C,
D)
• Stanoví se výsledná hodnota dopadu poruchy z tab.
1
30
Dopady poruchy na ekonomiku
Ukazatel
Nepohotovost
Výpočet nákladů
jednoho způsobu
poruchy Kč
Cu=Dt*cp
Udržovatelnost Cm=cl*MTTR +
Csp + Cex
(oprava)
Úroveň kritičnosti (Kč a body)
Legenda veličin
N
žádná
do
1000
L
malá
do
10000
M
střední
do
100000
H
velká
nad
1000
00
0
1
2
3
cp - cena hodiny prostoje
3
cl - mzdová hodinová
sazba, MTTR - doba
opravy
0
1
2
Dt - doba prostoje
Csp - materiálové náklady,
Cst -cena externí údržby
Ztráta na
kvalitě
Cq=Cpt*Qdef/Q
tot
N
0
Energetické
ztráty
Ce=(Er-En)*ce
0
L
1
1
H
Cpt - tržby celé produkce,
Qdef - počet neshodných
produktů
2
Qtot - celkový počet
vyrobených produktů
2
Er - skutečná spotřeba
energie (kWh), En normativní spotřeba
energie (kWh)
ce - cena energie
(Kč/kWh)
31
Dopady poruchy na bezpečnost
Kvalitativní
Úroveň označení
A
B
C
D
Charakteristiky úrovní
Katastrofické
Ztráty na životech a/nebo úplná ztráta zařízení
(systému), poškození místního a vnějšího
životního prostředí
Kritické
Vážná újma na zdraví způsobená úrazem a/nebo
významné poškození zařízení (systému),
poškození místního životního prostředí
Okrajové
Malé úrazy personálu, malé poškození zařízení
(systému)
Malé
Porucha nezpůsobí úraz personálu a poškození
zařízení (systému)
32
Tab. 1 Stanovení výsledné hodnoty dopadu poruchy v
rozsahu 1 až 10
Kombinované hodnocení následku poruchy (ekonomické a
bezpečnostní dopady)
Riziko
bezpečnosti
A
X
X
X
X
X
10
10
10
10
10
B
X
5
6
6
7
8
8
9
9
10
C
2
3
4
5
6
7
8
8
9
9
D
1
2
3
4
5
6
7
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Dopady poruchy na
ekonomiku
33
CHARAKTER ROZDĚLENÍ HODNOT RIZIKOVÝCH ČÍSEL
ZÍSKANÝCH ZE VŠECH MOŽNÝCH KOMBINACÍ HODNOCENÍ
350
300
250
200
150
100
50
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
34
Zvláštní situace při hodnocení rizika možných
poruch a potřeba opatření:
Bodové hodnocení
Charakteristika
pravděpodobnosti
odhalitelnosti
následků
1
1
1
10
1
1
1
1
10
1
10
10
10
1
1
10
10
1
10
1
10
10
10
10
Ideální cílový stav
Bezpečně zajištěná
spolehlivost
Výskyt této poruchy má
zanedbatelnou
pravděpodobnost
Tato porucha již může
ohrožovat uživatele
Častá, snadno odhalitelná
porucha, vyvolávající náklady
Častá porucha obtěžující
uživatele a vyvolávající
náklady
Častá porucha velkého
významu (funkčnost,
ekonomika, bezpečnost)
Tady není nic v pořádku
Potřeba
opatření
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO!
ANO!
ANO!
35
Analýza způsobů a důsledků poruch – FMEA
Doporučení k
nápravě
Úrověň
kritičnosti
Přijímat opatření při
60 a více bodech
úrovně kritičnosti
Následek
poruchy
Odhalitelnost
poruchy
Pravděpodob
nost poruchy
Důsledky
poruchy
Způsob
zjištění
poruchy
Příčina
poruchy
Způsob
(druh)
poruchy
_________
Zodpovědnost za návrh ________ Číslo FMEA
____________
_________
Datum
________ Strana
____z_______
_________
Zpracoval
________ Datum provedení FMEA:
_________
(původní) ___(revidovaná)___
_______________________________________________________________________
Identifikační
číslo
Funkce
Název
zařízení
(prvku)
Stroj nebo zařízení
Strojní skupina
Součást
Model
Základní tým
36
4.2 Podmínky úspěšného a
efektivního využívání metody
FMEA/FMECA
1. Manažerské zajištění (vypracování
podnikové směrnice pro aplikaci
FMEA/FMECA, která stanovuje postup
analýzy, odpovědnosti a pravomoci
spojené s řešením a další náležitosti,
které mají charakter vazeb v příslušném
systému jakosti organizace).
2. Metodu FMEA/FMECA je nutno chápat
jako metodu týmovou.
37
3. Zajištění přístupu k souboru
potřebných informací a zajištění
zpětné vazby z navazujících etap
životního cyklu (problémová hlášení
z realizovaných procesů, oficiální i
neoficiální reklamace od zákazníků uživatelů atd.) je dalším nezbytným
předpokladem úspěšného využívání
metody.
4. Počítačová podpora s využíváním
vhodného softwaru
38
5. Hlavním výsledkem uplatnění metody
FMEA/FMECA v managementu údržby je
získání podkladů a informací pro úspěšnou
aplikaci proaktivní preventivní údržby,
která odstraňuje nebo minimalizuje příčiny
poruch a předchází vzniku poruchových
stavů.
6. Řešením příčin poruch a poruchových stavů
se začneme zabývat, jestliže kritické číslo
dosáhne zpravidla hodnotu 60 a více.
7. Je-li hodnota kritičnosti menší než 60,
poruchu odstraníme běžnými
technologickými postupy údržby po
poruše.
39